文档介绍：旋光性溶液浓度的测量
龙长才
一、开篇设问
1、什么是偏振光?
2、什么是旋光现象?
3、如何观测和检测旋光?
4、旋光效应有何应用?
偏振
电磁波、声波是横波,它们的(电、磁、机械)振动方向与传播方向垂直,光波是一种电磁波,也是横波。
单一的横波其振动有一个明确的方向,这种现象称为偏振,这个方向称为偏振方向。
传播方向
传播方向
振动方向
振动方向
偏振光
一束自然光是由多个独立的光波构成,它们的振动方向各不相同
传播方向
自然光
振动方向
偏振光
在一束自然光的传播路径上加上起偏器后,只有那些振动方向与起偏方向相同的光能很好地通过。通过起偏器后的光有单一的振动方向,称为偏振光。
传播方向
自然光
振动方向
振动方向
偏振光
起偏器
二、背景介绍
1911年,法国物理学家阿喇果(D. F. J Arago)发现,当偏振光通过石英晶体时,它的振动面会绕光的传播方向转过一定的角度。随后(1815年),法国物理学家毕奥(Jean-Baptiste Biot )在酒石酸中发现相同的现象,这种现象叫旋光效应。
旋光效应引起人们极大兴趣,近200年来,围绕产生旋光现象的原因、机理,科学家们的探索,有力地推动了对物质结构的认识和有机化学的发展,与此同时,旋光现象也在化学、化工、物理、医学等领域有了大量应用。
本实验就是要应用旋光效应,测旋光物质的浓度。
二、实验原理
振面旋转的角度Φ与旋光性物质的温度t、浓度c,以及光在该物质中的行程ℓ有关Ɩ 。
振动方向
振动方向
振动方向
Φ
ℓ
Φ=αℓc
α称为旋光率,与温度有关
透明旋光物质
光在旋光物质中的行程
振动面旋转的角度
三、实验原理
振面旋转的角度Φ与旋光性物质的温度t、浓度c,以及光在该物质中的行程ℓ有关Ɩ 。
由Φ=αℓc
如果测出偏振光在浓度c已知的溶液行走ℓ的距离偏振方旋转的角度Φ,就可以算出该种物质的旋光率α。
如果某种旋光物质的旋光率α已知,测出偏振光在物质中行走ℓ的距离偏振方旋转的角度Φ,就可以算出该种物质的浓度c。
测量系统
准直
旋光物质
起偏器
检偏器
光源
准直系统
旋光物质
偏振方向检测旋转角度读出
偏振方向检测旋转角度读出系统
准置系统:将来自光源的发散光准直为平行光,以保证有足够的光能和稳定的光束通过后续系统。结构参见《平行光管实验》
起偏器:将准直的非偏振光变成偏振光。
旋光物质:长度已知的透明旋光物质样本。
检偏器:其实是另一个检偏器,当偏振光的偏振方向与其起偏方向垂直时,完全没有光通过,而平行时有最大的光能通过。因此旋转检偏器,从输出光的亮度的大小可判断透过旋光物质后,光的偏振方向。
偏振方向判断与角度读出系统:考虑视觉特征,采用半荫片技术检测偏振方向,采用游标技术读取十分之一度以下角度,采用对称双游标,以消除角度读数盘偏心误差